JP2012062849A - 燃料噴射波形演算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射気筒に対応する燃圧センサにより検出した噴射時センサ波形から、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を高精度で抽出できる噴射波形演算装置を提供する。
【解決手段】複数存在する非噴射時センサの中から１つの非噴射燃圧センサを選択し、選択した非噴射時センサから出力される非噴射時センサ波形と、噴射時センサから出力される噴射時センサ波形とを同時期に検出し（検出手段）、検出した非噴射時センサ波形を、その波形の位相が進角するよう進角補正し（進角補正手段）、進角補正した非噴射時センサ波形を噴射時センサ波形から差し引いて、噴射気筒での噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を抽出する（噴射波形抽出手段）。そして前記検出手段は、選択した非噴射時センサから噴射時センサに至るまでの燃料経路長さＬａ，Ｌｂが、複数気筒のいずれが噴射気筒になった場合でも同じになるよう、前記非噴射時センサを選択する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料噴射弁から燃料を噴射させることに起因して生じた燃料圧力の変化を表した、噴射波形を演算する噴射波形演算装置に関する。

コモンレール（分配容器）から複数の燃料噴射弁へ燃料を分配供給する燃料噴射システムにおいて、燃料噴射弁から燃料を噴射させると、その噴射率の変化に応じて燃料噴射弁内部の燃料圧力が変化する。そこで特許文献１では、燃料噴射弁の各々に燃圧センサを搭載し、噴射に伴い生じる燃料の圧力変化を検出している。これによれば、燃圧センサの検出値（噴射時センサ波形）に基づき噴射率変化を示す波形を推定でき、ひいては噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等の実際の噴射状態を検出できる。そして、検出した噴射状態に基づき燃料噴射弁の作動を制御することで、内燃機関の運転状態を最適化でき、排気エミッション低下や出力トルク向上を図ることができる。

但し、噴射時センサ波形には、噴射に伴い生じた圧力変化（噴射波形）の他にも、燃料噴射分だけコモンレール内の圧力が低下することに伴い生じる圧力変化が含まれている。そこで上記特許文献１では、燃料噴射していない非噴射気筒の燃圧センサにより検出される波形（非噴射時センサ波形）が、前述したコモンレール内の圧力低下を表していることに着目し、噴射時センサ波形から非噴射時センサ波形を差し引いて、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を抽出している。そして、抽出した噴射波形に基づき噴射率変化の波形を推定して噴射状態を検出している。

特開２００９−９７３８５号公報

ここで、噴射気筒の燃料噴射弁内部において噴射に伴い生じた燃圧変化は、燃料噴射弁とコモンレールとを接続する燃料配管及びコモンレール内を通じて非噴射気筒の燃圧センサまで伝播される。したがって、非噴射時センサ波形は、噴射気筒での燃料噴射分に応じて生じるコモンレール内の圧力低下を表してはいるものの、実際にコモンレール内で生じた圧力低下よりも遅れた位相の波形となっている。

従って、噴射時センサ波形と同時期に検出された非噴射時センサ波形を、単純に噴射時センサ波形から差し引いて噴射波形を抽出する特許文献１記載の手法では、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を高精度で抽出できなくなり、ひいては噴射率変化を高精度で推定できなくなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、噴射気筒に対応する燃圧センサにより検出した噴射時センサ波形から、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を高精度で抽出できる噴射波形演算装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、複数の気筒を有する内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁と、／燃料ポンプから供給される燃料を蓄圧して、燃料配管を通じて前記複数の燃料噴射弁へ分配供給する分配容器と、／前記複数の気筒毎に配置され、前記燃料配管又は前記燃料噴射弁に取り付けられて燃料圧力の変化を表したセンサ波形を出力する燃圧センサと、を備えた燃料噴射システムに適用されることを前提とする。

そして、前記燃料噴射弁から燃料を噴射させている気筒を噴射気筒、この噴射気筒が燃料を噴射しているときに燃料噴射させていない気筒を非噴射気筒とし、かつ、前記複数の燃圧センサのうち前記噴射気筒に対応する燃圧センサを噴射時センサ、前記非噴射気筒に対応する燃圧センサを非噴射時センサとした場合において、／同時期に複数存在する前記非噴射時センサの中から１つの非噴射燃圧センサを選択し、選択した前記非噴射時センサから出力されるセンサ波形である非噴射時センサ波形と、／前記噴射時センサから出力されるセンサ波形である噴射時センサ波形とを同時期に検出する検出手段と、／前記検出手段により検出された非噴射時センサ波形を、その波形の位相が進角するよう補正する進角補正手段と、／前記検出手段により検出された噴射時センサ波形から、前記進角補正手段により補正された非噴射時センサ波形を差し引いて、前記噴射気筒での噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を抽出する噴射波形抽出手段と、を備え、前記検出手段は、選択した前記非噴射時センサから前記噴射時センサに至るまでの燃料経路長さが、前記複数の気筒のいずれが前記噴射気筒になった場合でも同じになるよう、前記非噴射時センサを選択することを特徴とする。

上記発明によれば、噴射時センサ波形から非噴射時センサ波形を差し引いて噴射波形を抽出するにあたり、その抽出に用いる非噴射時センサ波形を進角補正する進角補正手段を備える。そのため、噴射気筒の燃料噴射弁内部において噴射に伴い生じた燃圧変化が、燃料配管及び分配容器（コモンレール）を通じて非噴射時センサまで伝播されるのに要する時間（遅れ時間）だけ、非噴射時センサ波形を進角補正させておくことができるので、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を高精度で抽出できる。

但し、このような進角補正を実施すると、以下の問題が新たに生じることが本発明者の検討により明らかとなった。そして上記発明は、このように新たに生じる問題の解決をも図っている。

すなわち、例えば４気筒の内燃機関では、噴射気筒を＃１→＃３→＃４→＃２の順に切り替えていくことが一般的であり、噴射気筒が順次切り替わっていくに伴い噴射時センサも順次切り替わっていく。一方、非噴射時センサは３気筒分存在するため、その中から１つの非噴射時センサを選択して非噴射時センサ波形を検出することとなる。したがって、非噴射時センサの選択の仕方によっては、噴射気筒が切り替わる度に、選択した非噴射時センサから噴射時センサに至るまでの燃料経路長さが異なる長さとなる。

そして、先述した燃圧変化の伝播遅れ時間は、燃料経路長さ（図４中の符号Ｌａ参照）に応じて変化する。そのため、上述の如く噴射気筒が切り替わる度に燃料経路長さが異なると、その都度異なる演算式を用いて伝播遅れ時間を算出することを要する。すると、例えば以下の如く伝播遅れ時間（進角補正量）を算出するにあたり、その算出精度を十分に向上させることが困難となる。

すなわち、所定の燃料経路長さ（基準長さ）の場合における伝播遅れ時間を予め試験しておき、その試験結果（基準遅れ時間）に基づき進角補正量を算出する場合において、選択した非噴射時センサと噴射時センサとの組み合わせにかかる燃料経路長さが基準長さと一致しない場合には、基準遅れ時間を補正して進角補正量を算出しなければならないので、その補正の誤差が進角補正量の精度低下を招く。一方、選択する非噴射時センサと噴射時センサとの全ての組み合わせに対して遅れ時間をそれぞれ試験しておくことで進角補正量の精度低下回避を図ろうとすると、その試験作業量が増大するので望ましくない。

要するに、進角補正手段による進角補正を実施するにあたり、噴射気筒が切り替わる度に燃料経路長さが異なってくると、進角補正量を高精度に算出することが困難になる（或いは高精度に算出するための試験作業量が増大する）といった問題が新たに生じる。

この問題に対し上記発明では、選択した非噴射時センサから噴射時センサに至るまでの燃料経路長さが、複数の気筒のいずれが噴射気筒になった場合でも同じになるよう、非噴射時センサを選択することを特徴とする。

例えば図４に示すように、コモンレール４２（分配容器）のうち＃１に対する燃料吐出口４２ａと＃２に対する燃料吐出口との経路長さＬ１２が、＃３に対する燃料吐出口４２ａと＃４に対する燃料吐出口との経路長さＬ３４と同じであり、かつ、各気筒の燃料配管４３の配管長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が同じである場合には、非噴射時センサと噴射時センサの組み合わせを＃１と＃２にした場合の燃料経路長さＬａが、＃３と＃４にした場合の燃料経路長さＬｂと同じになる。したがって、この場合には、非噴射時センサと噴射時センサが＃１と＃２の組み合わせ、或いは＃３と＃４の組み合わせとなるよう非噴射時センサを選択すれば、いずれが噴射気筒になった場合でも燃料経路長さＬａ（＝Ｌｂ）は同じになる。

また、図８に示すように、＃１に対する燃料吐出口４２ａと＃３に対する燃料吐出口との経路長さＬ１３が、＃２に対する燃料吐出口４２ａと＃４に対する燃料吐出口との経路長さＬ２４と同じであり、かつ、各気筒の燃料配管４３の配管長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が同じである場合には、非噴射時センサと噴射時センサが＃１と＃３の組み合わせ、或いは＃２と＃４の組み合わせとなるよう非噴射時センサを選択すれば、いずれが噴射気筒になった場合でも燃料経路長さＬｃ（＝Ｌｄ）は同じになる。なお、図４及び図８の例では４気筒の内燃機関を対象としているが、６気筒や８気筒の内燃機関であっても同様の思想に基づいて非噴射時センサを選択すればよい。

以上により、上記発明によれば、複数の気筒のいずれが噴射気筒になった場合でも燃料経路長さＬａ（又はＬｃ）が同じになるよう非噴射時センサを選択するので、例えば該当する燃料経路長さＬａを先述した基準長さとして伝播遅れ時間を予め試験しておき、その試験結果（基準遅れ時間）に基づけば進角補正量を高精度で算出できる。よって、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を高精度で抽出できる。

請求項２記載の発明では、前記燃料ポンプから前記分配容器へ燃料を圧送するポンプ圧送時期と、前記検出手段により前記非噴射時センサ波形を検出する時期とが重複した場合には、ポンプ圧送に起因した燃圧波形成分を前記非噴射時センサ波形から除去するよう前記非噴射時センサ波形を補正するとともに、その補正した前記非噴射時センサ波形について、前記進角補正手段により進角補正することを特徴とする。

ここで、検出手段による検出時期とポンプ圧送時期とが重複した場合には、非噴射時センサ波形には、噴射気筒での燃料噴射分に応じて生じる分配容器内の圧力低下を表した波形成分（低下成分）と、ポンプ圧送による分配容器内の圧力上昇を表した波形成分（圧送成分）とが重畳することとなる。また、噴射時センサ波形には、前記低下成分及び前記圧送成分に加え、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形の成分（噴射成分）が重畳することとなる。

そして、非噴射時センサ波形に含まれる低下成分については、噴射時センサ波形に含まれる低下成分に対して先述した伝播遅れ時間の分だけ遅角している。これに対し、非噴射時センサ波形に含まれる圧送成分については、噴射時センサ波形に含まれる圧送成分に対する遅角が生じていない。したがって、噴射時センサ波形から非噴射時センサ波形を差し引いて噴射波形を抽出するにあたり、非噴射時センサ波形に含まれる低下成分及び圧送成分をともに進角補正すると、位相が進角側にずれた状態の圧送成分を噴射時センサ波形から差し引くことになるので、噴射波形の抽出精度が悪化する。

この点を鑑みた上記発明によれば、ポンプ圧送に起因した燃圧波形成分（ポンプ成分）を非噴射時センサ波形から除去するよう補正して、その除去補正した非噴射時センサ波形について進角補正する。そのため、位相が進角側にずれた状態の圧送成分を噴射時センサ波形から差し引くことを回避できるので、噴射波形の抽出精度が悪化することを回避できる。

請求項３記載の発明では、１つの前記燃圧センサから前記噴射時センサ波形及び前記非噴射時センサ波形を連続して検出することとなるよう、前記非噴射時センサ波形の検出に用いる非噴射燃圧センサを前記検出手段は選択することを特徴とする。

上記発明によれば、例えば、圧縮行程、燃焼行程、排気行程、吸気行程を繰り返し行う４サイクルの内燃機関においては、所定の気筒が燃焼行程である期間中に噴射時センサ波形を検出し、その後連続して、排気行程期間中に非噴射時センサ波形を検出する（図５中の＃２圧力及び＃３圧力、又は図９中の＃１圧力及び＃４圧力参照）。或いは、所定の気筒が圧縮行程である期間中に非噴射時センサ波形を検出し、その後連続して、燃焼行程期間中に噴射時センサ波形を検出する（図５中の＃１圧力及び＃４圧力参照、又は図９中の＃２圧力及び＃３圧力参照）こととなる。

このように、１つの燃圧センサから噴射時センサ波形及び非噴射時センサ波形を連続して検出する上記発明によれば、燃圧センサから出力される検出値（センサ波形）を通信により取得する手段（ＥＣＵ）が、複数の燃圧センサのうち２つのセンサを選択して切り替えるよう通信する場合において、その切り替え回数を少なくできる。よって、前記手段（ＥＣＵ）が燃圧センサとの通信に要求される処理能力を低減できる。

ちなみに、上述の如く噴射時センサ波形及び非噴射時センサ波形を連続して検出するにあたり、その検出開始時期は、内燃機関のピストンが上死点又は下死点に達した時期等、予め設定しておいた時期（クランク角度）に固定して設定してもよいし、燃料噴射開始時期に応じて可変設定してもよい。このように検出開始時期を可変設定しておけば、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を、噴射時センサ波形に確実に含ませることができる。

本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射波形演算装置が適用される、燃料噴射システムの概略を示す図。 （ａ）は図１に示す燃料噴射弁への噴射指令信号、（ｂ）は噴射指令信号に伴い生じる燃料噴射率の変化を表す噴射率波形、（ｃ）は図１に示す燃圧センサにより検出された検出圧力の変化を表す圧力波形を示すタイムチャート。 噴射時センサ波形Ｗａから非噴射時センサ波形Ｗｂを差し引いて得られる噴射波形Ｗを示す図。 第１実施形態における燃料経路長さＬａ，Ｌｂを示す図。 第１実施形態において、選択される非噴射時センサと噴射時センサとの組み合わせを説明するタイムチャート。 第１実施形態における噴射波形Ｗの抽出処理手順を示すフローチャート。 燃料温度及び燃料経路長さに応じて変化する伝播遅れ時間（進角補正量）を示す図。 本発明の第２実施形態における燃料経路長さＬｃ，Ｌｄを示す図。 第２実施形態において、選択される非噴射時センサと噴射時センサとの組み合わせを説明するタイムチャート。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
本実施形態の燃料噴射波形演算装置は、車両用のエンジン（内燃機関）に搭載されたものであり、当該エンジンには、複数の気筒＃１〜＃４について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。

図１は、上記エンジンの各気筒に搭載された燃料噴射弁１０、各々の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０、及び車両に搭載された電子制御装置であるＥＣＵ３０（燃料噴射波形演算装置に相当）等を示す模式図である。

先ず、燃料噴射弁１０を含むエンジンの燃料噴射システムについて説明する。燃料タンク４０内の燃料は、高圧ポンプ４１（燃料ポンプ）によりコモンレール４２（分配容器）に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）へ分配供給される。複数の燃料噴射弁１０は、予め設定された順番（例えば＃１→＃３→＃４→＃２の順番）で燃料の噴射を順次行う。なお、高圧ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられているため、プランジャの往復動に同期して燃料は圧送される。また、図１に示す高圧ポンプ４１は、エンジンのクランク軸により駆動する機械式ポンプである。

ＥＣＵ３０は、コモンレール４２内の燃料圧力（レール圧）を次のように制御する。すなわち、エンジン負荷及びエンジン回転速度等のエンジン運転状態に基づき目標レール圧を算出し、実レール圧（後述する非噴射時センサ波形Ｗｂの圧力に相当）を目標レール圧に一致させるよう、高圧ポンプ４１の作動（例えば吐出量）をフィードバック制御する。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー１１、ニードル１２（弁体）及びアクチュエータ１３等を備えて構成されている。ボデー１１は、内部に高圧通路１１ａを形成するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ｂを形成する。ニードル１２は、ボデー１１内に収容されて噴孔１１ｂを開閉する。なお、各気筒の燃料噴射弁１０(#1)〜１０(#4)のハード構成は同じである。

ボデー１１内にはニードル１２に背圧を付与する背圧室１１ｃが形成されており、高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄは背圧室１１ｃと接続されている。高圧通路１１ａ及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態は制御弁１４により切り替えられており、電磁コイルやピエゾ素子等のアクチュエータ１３へ通電して制御弁１４を図１の下方へ押し下げ作動させると、背圧室１１ｃは低圧通路１１ｄと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下する。その結果、ニードル１２へ付与される背圧力が低下してニードル１２は開弁作動する。一方、アクチュエータ１３への通電をオフして制御弁１４を図１の上方へ作動させると、背圧室１１ｃは高圧通路１１ａと連通して背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇する。その結果、ニードル１２へ付与される背圧力が上昇してニードル１２は閉弁作動する。

したがって、ＥＣＵ３０がアクチュエータ１３への通電を制御することで、ニードル１２の開閉作動が制御される。これにより、コモンレール４２から高圧通路１１ａへ供給された高圧燃料は、ニードル１２の開閉作動に応じて噴孔１１ｂから噴射される。例えばＥＣＵ３０は、エンジン出力軸の回転速度及びエンジン負荷等に基づき、噴射開始時期、噴射終了時期及び噴射量等の目標噴射状態を算出し、算出した目標噴射状態となるようアクチュエータ１３へ噴射指令信号を出力して、燃料噴射弁１０の作動を制御する。

ＥＣＵ３０は、アクセル操作量等から算出されるエンジン負荷やエンジン回転速度に基づき目標噴射状態を算出する。例えば、エンジン負荷及びエンジン回転速度に対応する最適噴射状態（噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等）を噴射状態マップにして記憶させておく。そして、現時点でのエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づき、噴射状態マップを参照して目標噴射状態を算出する。そして、算出した目標噴射状態に基づき噴射指令信号ｔ１、ｔ２、Ｔｑ（図２参照）を設定する。例えば、目標噴射状態に対応する噴射指令信号を指令マップにして記憶させておき、算出した目標噴射状態に基づき、指令マップを参照して噴射指令信号を設定する。以上により、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じた噴射指令信号が設定され、ＥＣＵ３０から燃料噴射弁１０へ出力される。

ここで、噴孔１１ｂの磨耗等、燃料噴射弁１０の経年劣化に起因して、噴射指令信号に対する実際の噴射状態は変化していく。そこで、後に詳述するように燃圧センサ２０により検出された圧力波形に基づき燃料の噴射率波形を演算して噴射状態を検出し、検出した噴射状態と噴射指令信号（パルスオン時期ｔ１、パルスオフ時期ｔ２及びパルスオン期間Ｔｑ）との相関関係を学習し、その学習結果に基づき、指令マップに記憶された噴射指令信号を補正する。これにより、実噴射状態が目標噴射状態に一致するよう、燃料噴射状態を高精度で制御できる。

次に、燃圧センサ２０のハード構成について説明する。燃圧センサ２０は、以下に説明するステム２１（起歪体）、圧力センサ素子２２及びモールドＩＣ２３等を備えて構成されている。ステム２１はボデー１１に取り付けられており、ステム２１に形成されたダイヤフラム部２１ａが高圧通路１１ａを流通する高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する。圧力センサ素子２２はダイヤフラム部２１ａに取り付けられており、ダイヤフラム部２１ａで生じた弾性変形量に応じて圧力検出信号を出力する。

モールドＩＣ２３は、圧力センサ素子２２から出力された圧力検出信号を増幅する増幅回路や、ＥＣＵ３０と双方向通信を行うための通信回路２３ａ等の電子部品を樹脂モールドして形成されており、ステム２１とともに燃料噴射弁１０に搭載されている。ボデー１１上部にはコネクタ１５が設けられており、コネクタ１５に接続されたハーネス１６により、モールドＩＣ２３及びアクチュエータ１３とＥＣＵ３０とはそれぞれ電気接続される。

ここで、噴孔１１ｂから燃料の噴射を開始することに伴い高圧通路１１ａ内の燃料の圧力（燃圧）は低下し、噴射を終了することに伴い燃圧は上昇する。つまり、燃圧の変化と噴射率（単位時間当たりに噴射される噴射量）の変化とは相関があり、燃圧変化から噴射率変化（実噴射状態）を検出できると言える。そして、検出した実噴射状態が目標噴射状態となるよう先述した噴射指令信号を補正する。これにより、噴射状態を精度良く制御できる。

次に、燃料噴射中の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０により検出した燃圧変化を表した噴射時センサ波形と、その燃料噴射弁１０にかかる燃料噴射率の変化を表した噴射率波形との相関について、図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、燃料噴射弁１０のアクチュエータ１３へＥＣＵ３０から出力される噴射指令信号を示しており、この指令信号のパルスオンによりアクチュエータ１３が通電作動して噴孔１１ｂが開弁する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期ｔ１により噴射開始が指令され、パルスオフ時期ｔ２により噴射終了が指令される。よって、指令信号のパルスオン期間（噴射指令期間Ｔｑ）により噴孔１１ｂの開弁時間を制御することで、噴射量Ｑを制御している。

図２（ｂ）は、上記噴射指令に伴い生じる噴孔１１ｂからの燃料噴射率の変化（噴射率波形）を示し、図２（ｃ）は、燃料噴射中の燃料噴射弁１０に設けられた燃圧センサ２０（噴射時センサ）により検出された、噴射率の変化に伴い生じる検出圧力の変化（噴射時センサ波形）を示す。噴射時センサ波形と噴射率波形とは以下に説明する相関があるため、検出された噴射時センサ波形から噴射率波形を推定（検出）することができる。

すなわち、先ず、図２（ａ）に示すように噴射開始指令がなされたｔ１時点の後、噴射率がＲ１の時点で上昇を開始して噴射が開始される。一方、検出圧力は、Ｒ１の時点で噴射率が上昇を開始してから遅れ時間Ｃ１が経過した時点で、変化点Ｐ１にて下降を開始する。その後、Ｒ２の時点で噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、検出圧力の下降は変化点Ｐ２にて停止する。次に、Ｒ３の時点で噴射率が下降を開始したことに伴い、検出圧力は変化点Ｐ３にて上昇を開始する。その後、Ｒ４の時点で噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、検出圧力の上昇は変化点Ｐ５にて停止する。

以上説明したように、噴射時センサ波形と噴射率波形とは相関が高い。そして、噴射率波形には、噴射開始時期（Ｒ１出現時期）や、噴射終了時期（Ｒ４出現時期）、噴射量（図２（ｂ）中の網点部分の面積）が表されているので、噴射時センサ波形（又は後に詳述する噴射波形Ｗ）を噴射率波形に変換することで噴射状態を検出できる。

ところで、コモンレール４２から燃料噴射弁１０へ分配供給される燃料の圧力、つまりコモンレール４２内の圧力（レール圧）は刻々と変化する。例えば、図３（ａ）中の実線は噴射時センサ波形Ｗａを示すのに対し、図３（ａ）中の点線Ｗｂは、噴射時センサ波形と同時期に検出されたレール圧の変化（非噴射時センサ波形）を示す。なお、レール圧の変化は、噴射していない燃料噴射弁１０に対応する燃圧センサ２０（非噴射時センサ）を用いて検出している。

したがって、例えば＃１気筒の燃料噴射弁１０(#1)から燃料を噴射して、＃２気筒の燃料噴射弁１０(#2)からは噴射を停止している時には、＃１気筒（表気筒）の燃圧センサ２０による検出圧力が噴射時センサ波形Ｗａに相当し、＃２気筒（裏気筒）の燃圧センサ２０による検出圧力が、レール圧の変化を示す非噴射時センサ波形Ｗｂに相当する。

図３（ａ）に例示する非噴射時センサ波形Ｗｂが、噴射開始に伴い徐々に低下していく波形になっている理由は、コモンレール４２から噴射気筒の燃料噴射弁１０(#1)へ分配供給した分（つまり噴射量の分）だけレール圧が低下することによる。

ちなみに、燃料噴射中に高圧ポンプ４１によるポンプ圧送が行われると、レール圧は燃料噴射中であっても上昇していく場合がある。つまりこの場合の非噴射時センサ波形Ｗｂには、噴射に伴い生じるレール圧低下を表した波形成分（低下成分）が含まれており、さらにポンプ圧送時期には、ポンプ圧送による圧力上昇を表した波形成分（圧送成分）が前記低下成分とともに含まれている。なお、噴射時センサ波形Ｗａには、上述した「低下成分」及び「圧送成分」と、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形の成分（つまり噴射率波形と相関の高い「噴射成分」）とを含んでいる。

要するに、噴射時センサ波形Ｗａはレール圧の変化（非噴射時センサ波形Ｗｂ）の影響を受けているので、噴射時センサ波形Ｗａから非噴射時センサ波形Ｗｂを差し引けば、噴射時センサ波形Ｗａからレール圧の変化による影響（低下成分及び圧送成分）が除去されて、噴射成分が抽出されることとなる。図３（ｂ）中の実線は、このように差し引いて抽出した後の噴射時センサ波形を示しており、この波形は、噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形Ｗ（噴射成分）に相当する。

なお、図２（ｃ）に例示される噴射時センサ波形Ｗａは、レール圧が変化していないと仮定した場合の波形であり、抽出後の噴射波形Ｗと噴射時センサ波形Ｗａとが同じ波形になっていると仮定したものである。また、図３（ａ）中の点線に示す非噴射時センサ波形Ｗｂは、ポンプ圧送が行われていない時に検出された波形であり、圧送成分が含まれておらず低下成分の波形を示している。

次に、各気筒＃１〜＃４に対応する燃圧センサ２０(#1)〜２０(#4)とＥＣＵ３０との通信について説明する。

各々の燃圧センサ２０(#1)〜２０(#4)はハーネス１６(#1)〜１６(#4)によりＥＣＵ３０と接続されており、燃圧センサ２０(#1)〜２０(#4)の通信回路２３ａと、ＥＣＵ３０に備えられた通信回路３１とにより、燃圧センサ２０(#1)〜２０(#4)とＥＣＵ３０は双方向に通信可能である、但し、本実施形態では、通信回路３１のコストダウンを図るべく、同時に受信可能な燃圧センサ２０の数が２つに制限された通信回路３１を採用している。つまり、通信回路３１は、４つの燃圧センサ２０(#1)〜２０(#4)のうち選択された２つの燃圧センサ２０から検出信号を受信して取得する。

選択される燃圧センサ２０の１つには、噴射中の気筒に対応する燃圧センサ２０が含まれるように上記選択は実施される。ちなみに、このように噴射気筒の燃圧センサ２０から取得した検出値の波形は、噴射時センサ波形Ｗａに相当する。なお、選択される燃圧センサ２０の残りの１つである、非噴射気筒の燃圧センサから取得した検出値の波形は、非噴射時センサ波形Ｗｂに相当する。

ところで、噴射気筒の燃料噴射弁１０内部において噴射に伴い生じた燃圧変化は、燃料噴射弁１０とコモンレール４２とを接続する燃料配管４３及びコモンレール４２内を通じて非噴射気筒の燃圧センサ２０まで伝播される。したがって、図３（ａ）に示す非噴射時センサ波形Ｗｂ（低下成分の波形）は、噴射気筒での燃料噴射分に応じて生じるレール圧の低下を表してはいるものの、実際にコモンレール４２内で生じた圧力低下よりも遅れた位相の波形となっている。

そこで本実施形態では、噴射時センサ波形Ｗａから非噴射時センサ波形Ｗｂを差し引いて噴射波形Ｗを抽出するにあたり、当該抽出に用いる非噴射時センサ波形Ｗｂを進角側にずらす進角補正を行っている。図３（ａ）中の一点鎖線は、進角補正を実施する前の非噴射時センサ波形Ｗｂを示し、図中の点線は進角補正後の非噴射時センサ波形Ｗｂを示し、図中の符号Ｔ３０は進角補正量（伝播遅れ時間）を示す。つまり、噴射時センサ波形Ｗａにおいて変化点Ｐ１が現れる時点から僅かに遅れたＴａ時点で実際のレール圧は低下を開始するのに対し、非噴射時センサ波形Ｗｂにおいて低下を開始する時点は、Ｔａ時点からＴ３０に示す時間だけ遅れている。

ポンプ圧送されていない時期に検出された非噴射時センサ波形Ｗｂについては、上述の如く非噴射時センサ波形Ｗｂを進角補正して、その進角補正後の非噴射時センサ波形Ｗｂを噴射時センサ波形Ｗａから差し引いて噴射波形Ｗを抽出すればよい。

しかし、ポンプ圧送されている時期に検出された非噴射時センサ波形Ｗｂについては、低下成分及び圧送成分が含まれており、非噴射時センサ波形Ｗｂの圧送成分については、噴射時センサ波形Ｗａに含まれている圧送成分に対する位相の遅れは生じていないので進角補正の必要がない。そのため、非噴射時センサ波形Ｗｂから圧送成分を除去する処理（除去補正）を実施し、除去補正後の非噴射時センサ波形Ｗｂを進角補正して、その進角補正後の非噴射時センサ波形Ｗｂを噴射時センサ波形Ｗａから差し引いて噴射波形Ｗを抽出すればよい。

次に、非噴射気筒の燃圧センサ２０である3つの非噴射時センサの中から、ＥＣＵ３０の通信回路３１へ非噴射時センサ波形Ｗｂを出力するセンサを選択する手法について説明する。

図４は、図１に示す燃料配管４３の配管長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を表した図であり、各気筒の燃料噴射弁１０(#1)〜１０(#4)に接続されている燃料配管４３の配管長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は同じに構成されている。また、コモンレール４２のうち燃料配管４３(#1)〜４３(#4)が接続される燃料吐出口４２ａは等ピッチで形成されている。したがって、コモンレール４２内部の燃料経路のうち、＃１気筒の燃料配管４３(#1)が接続される燃料吐出口４２ａと、＃２気筒の燃料配管４３(#2)が接続される燃料吐出口４２ａとの経路長さＬ１２と、＃３の燃料吐出口４２ａと＃４の燃料吐出口４２ａとの経路長さＬ３４とは同じになる。

そのため、非噴射時センサと噴射時センサの組み合わせを＃１と＃２にした場合の燃料経路長さＬａ（＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ１２）と、＃３と＃４にした場合の燃料経路長さＬｂ（＝Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ３４）とは同じになる。したがって、非噴射時センサと噴射時センサが＃１と＃２の組み合わせ、或いは＃３と＃４の組み合わせとなるよう非噴射時センサを選択すれば、いずれが噴射気筒になった場合でも燃料経路長さＬａ（＝Ｌｂ）は同じになる。このように、選択した非噴射時センサから噴射時センサに至るまでの燃料経路長さが、複数の気筒のいずれが噴射気筒になった場合でも同じになるよう、非噴射時センサを選択する。

図５は、＃１→＃３→＃４→＃２の順に噴射させていく場合の、噴射時センサ（表気筒の燃圧センサ）と非噴射時センサ（裏気筒の燃圧センサ）との組み合わせを示す図であり、例えば、＃１が噴射気筒である場合には、＃２，＃３，＃４気筒（裏気筒）に対応する非噴射時センサのうち＃２に対応する非噴射時センサをＥＣＵ３０は選択する。そして、選択した非噴射時センサから出力される非噴射時センサ波形を、ＥＣＵ３０の通信回路３１は受信する。

同様に、噴射気筒が＃３の場合には＃４気筒の非噴射時センサを選択し、噴射気筒が＃４の場合には＃３気筒の非噴射時センサを選択し、噴射気筒が＃２の場合には＃１気筒の非噴射時センサを選択する。そして、選択した非噴射時センサから出力される非噴射時センサ波形を、ＥＣＵ３０の通信回路３１は受信する。要するに、＃１→＃３→＃４→＃２の順に噴射気筒が切り替わっていく場合には、選択する非噴射時センサを＃２→＃４→＃３→＃１の順に切り替えていく。

次に、上述した除去補正、進角補正、及び噴射波形Ｗを抽出する処理の手順について説明する。図６は、ＥＣＵ３０が有するマイクロコンピュータによる噴射波形Ｗの抽出処理手順を示すフローチャートであり、当該処理は所定周期で繰り返し実行される。

先ず、図６に示すステップＳ１０（検出手段）において、非噴射時センサ波形Ｗｂと噴射気筒が切り替わっていくことに伴い噴射時センサ波形Ｗａを順次検出するとともに、上述の如く選択される非噴射センサから出力される非噴射時センサ波形Ｗｂを、噴射時センサ波形Ｗａと同時期順次検出していく。

続くステップＳ２０では、ステップＳ１０で検出した非噴射時センサ波形がポンプ圧送時に検出されたものであるか否かを判定し、肯定判定された場合には次のステップＳ３０へ進み、該当する非噴射時センサ波形から圧送成分を除去する補正を実施する。例えば、圧送成分を予め試験して記憶させておき、その記憶された圧送成分の波形を非噴射時センサ波形から差し引くことで除去補正を実施する。一方、ステップＳ２０で否定判定された場合には、ステップＳ３０での除去補正を実施することなく次のステップＳ４０へ進む。

続くステップＳ４０では、非噴射時センサ波形Ｗｂに対する進角補正量を、以下の手法により算出する。

すなわち、図４に示す燃料経路長さＬａ（＝Ｌｂ）を基準長さとし、その基準長さの場合における伝播遅れ時間を、基準遅れ時間として予め試験しておき、その基準遅れ時間に基づき進角補正量を算出する。但し、この伝播遅れ時間は、燃料経路長さのみならず、その時の燃料温度に応じても異なってくる。図７中の実線Ｔｐは、基準遅れ時間が燃料温度に応じて変化する旨を試験した結果を示す。そこで本実施形態では、燃料温度に応じて基準遅れ時間を温度補正している。

なお、図７中の破線Ｔｑは、燃料経路長さが基準長さよりも長い場合における遅れ時間を示す。この試験結果は、燃料経路長さが長いほど遅れ時間が長くなることを示すとともに、燃料温度に応じた遅れ時間の変化の傾きも、燃料経路長さに応じて変化することを示している。

以上の試験結果を鑑みた本実施形態では、基準となる燃料温度に対する基準遅れ時間Ｔbaseを予め試験させておき、ステップＳ４０において、その時の燃料温度に基づき基準遅れ時間Ｔbaseを温度補正して進角補正量を算出する。或いは、図７の実線Ｔｐに示す進角補正量と燃料温度との関係をマップ化して予め記憶させておき、その時の燃料温度に基づき前記マップを参照して進角補正量を算出してもよい。

続くステップＳ５０（進角補正手段）では、ステップＳ４０で算出した進角補正量だけ、非噴射時センサ波形Ｗｂを進角させるように進角補正する。そして、次のステップＳ６０（噴射波形抽出手段）では、ステップＳ１０で検出した噴射時センサ波形Ｗａから、ステップＳ５０で進角補正した非噴射時センサ波形Ｗｂを差し引くことで、噴射波形Ｗを抽出する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）噴射時センサ波形Ｗａから非噴射時センサ波形Ｗｂを差し引いて噴射波形Ｗを抽出する（Ｓ６０）にあたり、その抽出に用いる非噴射時センサ波形Ｗｂを進角補正する。そのため、レール圧変化が非噴射時センサへ伝播されるのに要する遅れ時間Ｔ３０が解消された非噴射時センサ波形に基づき噴射波形Ｗを抽出するので、その抽出を高精度にできる。

（２）複数の気筒のいずれが噴射気筒になった場合でも燃料経路長さＬａが同じになるよう非噴射時センサを選択する。そして、燃料経路長さＬａを基準長さとして予め試験しておいた基準遅れ時間に基づき伝播遅れ時間Ｔ３０を算出する。

ここで、基準長さと異なる燃料経路長さの非噴射時センサを選択した場合には、例えば図７の実線Ｔｐに示す伝播遅れ時間を破線Ｔｑに示す遅れ時間に修正する補正を実施しなければならず、この補正を要する分だけ遅れ時間の算出精度が悪くなる。これに対し本実施形態では、燃料経路長さＬａが同じになるよう非噴射時センサを選択するので、実線Ｔｐを破線Ｔｑに修正する補正を不要にできるので、伝播遅れ時間（進角補正量）を精度良く算出できる。また、その時の燃料温度に応じて伝播遅れ時間を温度補正するので、伝播遅れ時間（進角補正量）の精度向上を促進できる。

ところで、伝播遅れ時間は、燃料経路長さ、燃料圧力及び燃料温度をパラメータとして変化するが、本実施形態によれば、これらのパラメータのうち燃料経路長さは、噴射気筒がいずれであってもハード的に同一である。そのため、例えば燃料温度と遅れ時間との関係を特定する図７のマップにずれが生じていたとしても、全ての気筒における噴射波形Ｗについて同じ量のずれが生じるので、当該ずれの気筒間差が生じにくい。

これに対し、本実施形態に反して噴射気筒が変わる度に異なる燃料経路長さとなるように非噴射時センサを選択する場合には、選択する非噴射時センサと噴射時センサとの全ての組み合わせに対して遅れ時間をそれぞれ試験しておくことを要する。そしてこの場合には、燃料経路長さ毎の試験結果にずれが生じていると、該当する気筒の噴射波形Ｗについてのみ前記ずれの影響を受けるので、当該ずれの気筒間差が生じるといった問題が生じる。この点で、ずれの気筒間差が生じにくい本実施形態は有利である。

（３）１つの燃圧センサから噴射時センサ波形Ｗａ及び非噴射時センサ波形Ｗｂを連続して検出することとなる。例えば図５中に記載の＃２圧力では、＃２気筒が燃焼行程である期間中に噴射時センサ波形Ｗａを検出し、その後連続して、排気行程期間中に非噴射時センサ波形Ｗｂを検出する。また、図５中に記載の＃１圧力では、＃１気筒が排気行程である期間中に非噴射時センサ波形Ｗｂを検出し、その後連続して、燃焼行程である期間中に噴射時センサ波形Ｗａを検出する。

このように、１つの燃圧センサ２０から噴射時センサ波形Ｗａ及び非噴射時センサ波形Ｗｂを連続して検出する本実施形態によれば、ＥＣＵ３０の通信回路３１が実施する通信切替えの回数を少なくできる。よって、通信回路３１が燃圧センサ２０との通信に要求される処理能力を低減できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、非噴射時センサと噴射時センサの組み合わせを＃１と＃２にした場合の燃料経路長さＬａ（＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ１２）と、＃３と＃４にした場合の燃料経路長さＬｂ（＝Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ３４）とは同じになることに着目し、非噴射時センサと噴射時センサが＃１と＃２の組み合わせ、或いは＃３と＃４の組み合わせとなるよう非噴射時センサを選択している。これに対し、図８に示す本実施形態では、非噴射時センサと噴射時センサの組み合わせを＃１と＃３にした場合の燃料経路長さＬｃ（＝Ｌ１＋Ｌ３＋Ｌ１３）と、＃２と＃４にした場合の燃料経路長さＬｄ（＝Ｌ２＋Ｌ４＋Ｌ２４）とは同じになることに着目し、非噴射時センサと噴射時センサが＃１と＃３の組み合わせ、或いは＃２と＃４の組み合わせとなるよう非噴射時センサを選択している。

図９は、本実施形態において＃１→＃３→＃４→＃２の順に噴射させていく場合の、噴射時センサ（表気筒の燃圧センサ）と非噴射時センサ（裏気筒の燃圧センサ）との組み合わせを示す図であり、例えば、＃１が噴射気筒である場合には、＃２，＃３，＃４気筒（裏気筒）に対応する非噴射時センサのうち＃３に対応する非噴射時センサをＥＣＵ３０は選択する。そして、選択した非噴射時センサから出力される非噴射時センサ波形を、ＥＣＵ３０の通信回路３１は受信する。

同様に、噴射気筒が＃３の場合には＃１気筒の非噴射時センサを選択し、噴射気筒が＃４の場合には＃２気筒の非噴射時センサを選択し、噴射気筒が＃２の場合には＃４気筒の非噴射時センサを選択する。そして、選択した非噴射時センサから出力される非噴射時センサ波形を、ＥＣＵ３０の通信回路３１は受信する。要するに、＃１→＃３→＃４→＃２の順に噴射気筒が切り替わっていく場合には、選択する非噴射時センサを＃３→＃１→＃２→＃４の順に切り替えていく。

以上により、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。すなわち、燃料経路長さＬｃが同じになるよう非噴射時センサが選択されるので、伝播遅れ時間（進角補正量）を精度良く算出できる。また、１つの燃圧センサ２０から噴射時センサ波形Ｗａ及び非噴射時センサ波形Ｗｂを連続して検出するので、ＥＣＵ３０の通信回路３１が実施する通信切替えの回数を少なくできる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、４気筒エンジンを対象として、燃料経路長さＬａ，Ｌｃが同じになるよう非噴射時センサを選択しているが、６気筒エンジンや８気筒エンジンを対象とした場合についても同様にして、燃料経路長さが同じになるよう非噴射時センサを選択すればよい。また、この場合においても、１つの燃圧センサ２０から噴射時センサ波形Ｗａ及び非噴射時センサ波形Ｗｂを連続して検出するようにして、通信回路３１の通信切替え処理負荷の軽減を図ることが望ましい。

・上記各実施形態では、各気筒の燃料配管４３の配管長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が同じである場合に本発明を適用させているが、これらの配管長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が同じでない場合であっても、非噴射時センサの選択により燃料経路長さが同じになるように構成することは可能である。

・上記各実施形態では、燃料配管４３が接続される複数の燃料吐出口４２ａはコモンレール４２上にて等ピッチで形成されているが、これらの燃料吐出口４２ａが不等ピッチで形成されている場合であっても、非噴射時センサの選択により燃料経路長さが同じになるように構成することは可能である。

・上記各実施形態では、ＥＣＵ３０の通信回路３１が、同時に受信可能な燃圧センサ２０の数が２つに制限されていることを前提としているが、本発明はこの前提に適用することに限定されるものではなく、例えば、全ての燃圧センサ２０から出力されるセンサ波形を同時に受信可能な通信回路に適用させてもよい。この場合であっても、上記各実施形態と同様にして、噴射波形Ｗ（Ｗ＝Ｗａ−Ｗｂ）の抽出に用いる非噴射時センサ波形Ｗｂの検出に用いる非噴射時センサを選択するにあたり、選択した非噴射時センサから噴射時センサに至るまでの燃料経路長さが、複数の気筒のいずれが噴射気筒になった場合でも同じになるよう、非噴射時センサを選択すればよい。

１０…燃料噴射弁、２０…燃圧センサ、３０…ＥＣＵ（燃料噴射波形演算装置）、４２…コモンレール（分配容器）、４３…燃料配管、Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ…燃料経路長さ、Ｗ…噴射波形、Ｗａ…噴射時センサ波形、Ｗｂ…非噴射時センサ波形、Ｓ１０…検出手段、Ｓ５０…進角補正手段、Ｓ６０…噴射波形抽出手段。

Claims (3)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁と、
   燃料ポンプから供給される燃料を蓄圧して、燃料配管を通じて前記複数の燃料噴射弁へ分配供給する分配容器と、
   前記複数の気筒毎に配置され、前記燃料配管又は前記燃料噴射弁に取り付けられて燃料圧力の変化を表したセンサ波形を出力する燃圧センサと、
   を備えた燃料噴射システムに適用され、
   前記燃料噴射弁から燃料を噴射させている気筒を噴射気筒、この噴射気筒が燃料を噴射しているときに燃料噴射させていない気筒を非噴射気筒とし、かつ、前記複数の燃圧センサのうち前記噴射気筒に対応する燃圧センサを噴射時センサ、前記非噴射気筒に対応する燃圧センサを非噴射時センサとした場合において、
   同時期に複数存在する前記非噴射時センサの中から１つの非噴射燃圧センサを選択し、選択した前記非噴射時センサから出力されるセンサ波形である非噴射時センサ波形と、前記噴射時センサから出力されるセンサ波形である噴射時センサ波形とを同時期に検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された非噴射時センサ波形を、その波形の位相が進角するよう補正する進角補正手段と、
   前記検出手段により検出された噴射時センサ波形から、前記進角補正手段により補正された非噴射時センサ波形を差し引いて、前記噴射気筒での噴射に起因する燃圧変化を表した噴射波形を抽出する噴射波形抽出手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、選択した前記非噴射時センサから前記噴射時センサに至るまでの燃料経路長さが、前記複数の気筒のいずれが前記噴射気筒になった場合でも同じになるよう、前記非噴射時センサを選択することを特徴とする燃料噴射波形演算装置。
2. 前記燃料ポンプから前記分配容器へ燃料を圧送するポンプ圧送時期と、前記検出手段により前記非噴射時センサ波形を検出する時期とが重複した場合には、
   ポンプ圧送に起因した燃圧波形成分を前記非噴射時センサ波形から除去するよう前記非噴射時センサ波形を補正するとともに、その補正した前記非噴射時センサ波形について、前記進角補正手段により進角補正することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射波形演算装置。
3. １つの前記燃圧センサから前記噴射時センサ波形及び前記非噴射時センサ波形を連続して検出することとなるよう、前記非噴射時センサ波形の検出に用いる非噴射燃圧センサを前記検出手段は選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射波形演算装置。

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